基于多张照片的三维人脸建模.pdf

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1、基于多张照片的三维人脸建模吕杰2015年1月中图分类号：TP391UDC分类号：004基于多张照片的三维人脸建模作者姓名吕杰学院名称计算机学院指导教师宋红教授答辩委员会主席陆耀教授申请学位工学硕士学科专业计算机科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月3DFaceModelingBasedonMultiplePhotosCandidateName：LvJieSchoolorDepartment:ComputerScienceFacultyMentor:Prof.SongHongChair,ThesisCommittee：Prof.LuYaoDe

2、greeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ComputerScience&TechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作

3、了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要近年来，随着计算机图形学和计算机视觉等相关领域的快速发展，三维人脸建模技术在不断地更新。建模技术在视频会议、虚拟现实、游戏娱乐等诸多方面，极具研究意义和应用价值，但由于人脸表面过于复杂，生成个性化的三维人脸模型仍为一个十分困难的研究内容。本文在阅读了国内外相关文献的基础上，综合分析了前人的研究成果中的优点与不足，尤其是基于多张照片的三维人脸建模方法，对其中关键步骤提出了相应的改进方法。如果已恢复的三维点云和待恢复照片的SIFT特征之间匹配过少时（少于16个），本文提出了相应的改进算法，利

4、用极限约束和ZNCC(Zero-meanNormalizedCross-Correlation)相结合的方法重新查找特征匹配，使其满足DLT(DirectLinearTransform)算法的初始条件。本文具体的研究工作如下：(1)特征点提取。本文从左向右依次拍摄5幅不同角度的照片。对于每张人脸照片，采用SIFT(ScaleInvariantFeatureTransform)算法计算特征点的位置，方向及描述符。(2)特征点匹配。在相邻的两张照片上，采用k-d(k-dimensional)树构建和搜寻算法获得初始的特征匹配结果。(3)恢复相机参数和生成稀疏三维点云

5、。首先基于上一步生成的结果，通过RANSAC(RandomSampleConsensus)八点法求解基本矩阵，保留精确的匹配结果。然后采用RANSAC五点法恢复前两张照片的相机参数，三角化方法生成初始的稀疏三维点云。最后利用RANSACDLT算法逐张恢复剩余照片的相机参数，三角化方法生成新的稀疏三维点云，并用SBA(SparseBundleAdjustment)算法对相机参数和三维点云进行优化。(4)变形通用模型。本文采用3DMM(3DMorphableModel)作为通用模型。首先采用ICP(IterativeClosestPointAlgorithm)算法，

6、将稀疏三维点云与通用模型的点建立起对应关系。然后通过LM(Levenberg-Marquardt)算法求解MorphableModel中α参数，得到三维人脸几何模型。最终利用多分辨率技术来合成纹理，将其映射到几何模型上，重建出个性化的三维人脸模型。I北京理工大学硕士学位论文综上所述，本文对基于多张照片的三维人脸建模方法的关键步骤进行了优化和改进，通过实验验证，本方法是可以得到比较真实的三维人脸模型。关键词：三维重建，SIFT，k-d树，DLT，3DMorphableModelII北京理工大学硕士学位论文AbstractInrecentyears,withthed

7、evelopmentofcomputergraphicsandcomputervisiontechnology,3Dfacemodelingtechnologyisalsodevelopingrapidly,itiswidelyusedinvideoconferencing,virtualrealityandcomputergamesetc.However,becauseofthecomplexityofhumanface,creatingpersonal3Dfacemodelisapersistentchallengingtask.Afterreadingal

8、otofrelevant